새로운 태양 전지 기록 – 새로운 태양 전지 기록

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더 높은 효율을 동시에 달성 – 새로운 태양 전지 기록

태양광 연구는 태양 전지의 효율을 지속적으로 높이기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 그중에서도 탠덤 태양광 발전(Tandem PV)이 점점 더 주목을 받고 있습니다. 이 기술은 고성능 태양 전지 소재를 다양한 조합으로 결합하여 태양 스펙트럼을 더욱 효율적으로 활용하여 빛을 전기 에너지로 변환합니다. 프라운호퍼 ISE(Fraunhofer ISE)는 실리콘 기판에 직접 성장시킨 III-V/Si 탠덤 태양 전지에서 25.9%의 효율이라는 새로운 기록을 달성했습니다. 이 전지는 비용 효율적인 실리콘 기판에서 최초로 생산되었으며, 이는 탠덤 태양광 발전의 비용 효율적인 솔루션으로 나아가는 중요한 이정표 – .

 

 

프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소 ISE는 여러 태양광 전지에 대해 수년 동안 연구해 왔습니다. 이 태양 전지에서는 2~3개의 하위 전지가 서로 다른 파장의 햇빛을 전기로 변환하기 위해 하나씩 배열되어 있습니다. 실리콘은 스펙트럼의 적외선 부분에 대한 흡수제로 적합하며 그 위에 수 마이크로미터 두께의 III-V 반도체 층이 적용됩니다. 이들은 주기율표의 III족과 V족에 속하며 자외선, 가시광선 및 빛을 변환합니다. 근적외선 빛을 더 효율적으로 전기 보행에 투입합니다. 순수 III-V 반도체 태양전지는 이미 우주 및 집속기 태양광 발전에 사용되고 있습니다. 가장 낮은 하위 셀인 실리콘과 함께 보다 비용 효과적인 프로세스를 통해 직렬 기술은 향후 광범위한 광전지에 접근할 수 있어야 합니다. 그러나 그때까지는 아직 갈 길이 멀다.

실리콘에서 직접 성장한 III-V/Si 직렬 태양전지의 경우 25.9%

III-V와 실리콘 태양 전지의 조합을 생산하는 데에는 다양한 접근 방식이 있습니다.2019년 이래 Fraunhofer ISE는 III-V 반도체 층을 갈륨 비소 기판에서 실리콘으로 옮기고 층을 소위 웨이퍼 본드로 연결하는 탠덤 태양 전지에 대해 34.1%(현재 34.5%)의 세계 기록을 세웠습니다.이 기술은 효율적이지만 비용이 많이 듭니다.따라서 Fraunhofer ISE는 III-V 층을 실리콘 태양 전지에 증착하거나 에피택셜 성장시키는 보다 직접적인 제조 공정에 대해 수년간 연구해 왔습니다.여기서 모든 층에 걸쳐 높은 결정 품질을 유지하는 것이 매우 중요하며 주요 과제 – .실리콘에 직접 성장한 이러한 III-V/Si 탠덤 태양 전지에 대해 이제 25.9%의 새로운 세계 기록 효율이 달성되었습니다. 프라운호퍼 ISE 과학자 마르쿠스 파이펠(Markus Feifel)은 최근 제47회 IEEE 태양광 전문가 컨퍼런스(IEEE Photovoltaic Specialists Conference)에서 자신의 연구 성과를 발표했습니다. 현재 온라인으로 개최되는 많은 컨퍼런스와 마찬가지로, 이 컨퍼런스에서도 하이브리드 탠덤 태양 전지(Hybrid Tandem Solar Cell) 부문 학생상을 수상했습니다. "모든 흡수체가 추가적인 결정층으로 상호 연결되고 전기적으로 연결되어 있기 때문에 셀의 복잡한 내부 구조는 외부에서 볼 수 없습니다."라고 이 젊은 태양 전지 연구원은 설명했습니다. 그는 이를 통해 1년도 채 되지 않아 연구 효율을 24.3%에서 25.9%로 향상시킬 수 있었습니다. 그는 이어서 "이러한 성공은 다중 접합 셀 내의 단일 얇은 층을 교체함으로써 가능했습니다."라고 덧붙였습니다. "셀을 면밀히 분석한 결과, 이 층이 전류 전도에 장벽을 형성한 것으로 밝혀졌습니다."

프라운호퍼 연구진은 2007년부터 Philipps Univ. Ilmenau TU와 함께 작은 단계로 기술을 개발해 왔습니다. Marburg와 Aixtron 회사는 특수 에피택시 시스템을 설치하고 구조의 모든 단일 레이어를 검사했습니다. 이러한 개발은 "III-V-Si" 및 "MehrSi" 프로젝트의 일환으로 연방 연구부 BMBF의 자금 지원을 받았습니다. 새로운 직렬형 태양전지의 특별한 하이라이트는 III-V 층이 이전의 경우처럼 화학적으로 기계적으로 연마된 기판 위에 성장한 것이 아니라 실리콘 웨이퍼 위에 성장했다는 것입니다. 저렴한 연삭 및 에칭 공정이 처리되었습니다. 유럽의 "SiTaSol" 프로젝트의 일환으로 덴마크 회사 Topsil이 이러한 실리콘 웨이퍼를 개발하여 새로운 다중 접합 태양 전지의 경제적인 생산을 향한 중요한 단계를 밟았습니다. 앞으로 목표는 에너지 전환에 필요한 광전지에 중요한 기여를 하는 직렬 광전지를 목표로 효율성을 더욱 높이고 처리량을 높여 비용 효율적으로 레이어를 더욱 빠르게 증착하는 것입니다. 확장을 이룰 수 있습니다.

에너지전환 핵심기술

태양 전지에서 생산되는 전기는 현재 세계 여러 지역에서 가장 저렴한 에너지 생산 방식입니다. 태양광 연구 책임자인 슈테판 글룬츠 교수는 "유럽 – 광 연구는 에너지 전환을 위한 이 핵심 기술의 효율성을 더욱 발전시키기 위해 수많은 개념을 개발하고 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 실리콘 태양 전지 생산을 더욱 지속 가능하고 비용 효율적으로 만들기 위해 노력할 뿐만 아니라, 검증된 실리콘을 다른 반도체 재료와 결합하여 더욱 높은 효율을 달성하는 새로운 방법을 모색하고 있습니다. 우리는 탠덤 태양광을 통해 이를 달성하고 있습니다." 탠덤 태양광은 미래 발전의 길을 열 뿐만 – , 높은 전압 – 에 물을 수소와 산소로 직접 분해하는 전기분해에 이상적입니다. 따라서 이 기술은 에너지 저장 매체이자 에너지 전환의 중요한 구성 요소인 수소 생산에도 기여합니다.

 

 

AM 1.5g 스펙트럼 조건에서 III-V/Si 다중 태양전지의 층 구조, 양자 효율 및 IV 특성

더 높은 효율을 동시에 달성 – 새로운 태양 전지 기록

태양광 연구는 태양 전지의 효율을 지속적으로 높이기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 특히, 고성능 태양 전지 소재를 다양한 조합으로 결합하여 태양 스펙트럼을 더욱 효율적으로 활용하여 빛을 전기 에너지로 변환하는 탠덤 태양광 발전에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 프라운호퍼 ISE는 실리콘 기판에 직접 성장시킨 III-V/Si 탠덤 태양 전지의 효율이 25.9%라는 새로운 기록을 달성했다고 보고했습니다. 이는 최초로 저비용 실리콘 기판에서 제작되었으며, 탠덤 태양광 발전의 경제적인 솔루션을 향한 중요한 이정표 – .

 

 

Fraunhofer 태양 에너지 시스템 연구소 ISE는 서로 다른 파장의 햇빛을 전기로 변환하기 위해 2개 또는 3개의 부분 셀이 서로 겹쳐 배열되어 있는 다중 접합 태양 전지에 대해 수년 동안 연구해 왔습니다. 실리콘은 스펙트럼의 적외선 부분과 주기율표 III 및 V족의 물질인 III-V 반도체 층에 대한 흡수제로 적합합니다. 이 물질은 자외선, 가시광선 및 근적외선을 보다 효율적으로 전기로 변환합니다. 그것의 꼭대기. 순수 III-V 반도체 태양전지는 이미 우주 및 집속기 태양광 발전에 사용되고 있습니다. 가장 낮은 하위 셀인 실리콘과 결합된 보다 비용 효과적인 프로세스를 통해 직렬 기술은 향후 광범위한 기반의 광전지에 접근 가능하게 될 것입니다. 그러나 그때까지는 아직 갈 길이 멀다.

실리콘에서 직접 성장한 III-V/Si 직렬 태양전지의 경우 25.9%

III-V와 실리콘 태양 전지의 조합을 생산하는 데에는 여러 가지 접근 방식이 있습니다.예를 들어, Fraunhofer ISE는 2019년부터 III-V 반도체 층이 갈륨 비소 기판에서 실리콘으로 옮겨지고 층이 소위 웨이퍼 본드로 연결되는 탠덤 태양 전지에 대해 34.1% 효율(현재 34.5%)의 세계 기록을 세웠습니다.이 기술은 효율적이지만 비용이 많이 듭니다.이러한 이유로 Fraunhofer ISE는 III-V 층이 실리콘 태양 전지에 증착되거나 에피택시되는 보다 직접적인 제조 공정에 대해 수년간 연구해 왔습니다.여기서 모든 층의 높은 결정 품질을 유지하는 것이 중요하며 – 이는 주요 과제입니다.실리콘에 직접 성장된 이러한 III-V/Si 탠덤 태양 전지에 대해 이제 25.9%의 새로운 세계 기록 효율이 달성되었습니다. 프라운호퍼 ISE(Fraunhofer ISE)의 마르쿠스 파이펠(Markus Feifel) 과학자는 최근 제47회 IEEE 태양광 전문가 컨퍼런스(IEEE Photovoltaic Specialists Conference)에서 자신의 연구 성과를 발표했으며, 하이브리드 탠덤 태양 전지(Hybrid Tandem Solar Cells) 부문에서 학생상을 수상했습니다. "모든 흡수체가 추가적인 결정층으로 서로 연결되어 전기적으로 연결되어 있기 때문에 외부에서는 셀의 복잡한 내부 구조를 볼 수 없습니다."라고 이 젊은 태양 전지 연구원은 설명했습니다. 그는 이를 통해 1년도 채 되지 않아 연구 결과를 24.3%에서 25.9%로 향상시킬 수 있었습니다. "이러한 성공은 여러 개의 셀 내에서 단일 얇은 층을 교체함으로써 가능했습니다."라고 그는 덧붙였습니다. "셀을 면밀히 분석한 결과, 이 층이 전력선에 장벽을 형성한다는 것을 발견했습니다."

작은 단계에서 Fraunhofer 연구원들은 2007 년 이래 Philipps Univ의 Ilmenau 기술 대학과 협력하여 기술을 더욱 발전 시켰습니다. Marburg와 회사 Aixtron은 특수 에피 택시 장비를 설정하고 구조물의 모든 단일 층을 검사합니다. 논문 개발은 독일 연방 교육 연구부 (BMBF)가“III-V-SI”및“MEHRSI”프로젝트의 일환으로 자금을 지원했습니다. 새로운 탠덤 태양 전지의 특별한 하이라이트는 III-V 층이 이전의 경우와 같이 화학 기계적으로 연마 된 기판에서 성장하지 않고, 결정을 낸 후, 저렴한 연삭 및 저렴한 분쇄 및 단순한 과정에서 처리 된 실리콘 웨이퍼에서 성장하지 않았다는 것입니다. 에칭 프로세스. 유럽 ​​프로젝트“Sitasol”내에서 덴마크 회사 Topsil은 논문 실리콘 웨이퍼를 개발하여 새로운 다기능 태양 전지의 경제 생산을 향한 중요한 단계를 실현했습니다. 앞으로, 탠덤 태양 광 발전이 광전지 확장에 수입 기여를 할 수 있다는 목표를 통해 높이가 높아지고 비용이 많이 들면서 층의 증착을 훨씬 더 빨리 실현하는 것이 목표입니다. 에너지 처리에 필요합니다.

에너지시스템 전환을 위한 핵심기술

오늘날 세계 여러 지역에서 태양 전지는 가장 저렴한 에너지 생산 방식입니다. 태양광 연구부 책임자인 슈테판 글룬츠 교수는 "유럽 태양광 연구진은 에너지 전환을 위한 이 핵심 기술의 효율성을 더욱 발전시키기 위해 다양한 개념을 연구하고 있습니다."라고 말했습니다. "저희는 실리콘 태양 전지 생산을 더욱 지속 가능하고 비용 효율적으로 만드는 데 주력할 뿐만 아니라, 검증된 실리콘을 다른 반도체 재료와 결합하여 더욱 높은 효율을 달성하기 위한 새로운 지평을 열고 있습니다. 저희는 탠덤 태양광 기술을 통해 이를 실현하고 있습니다. 탠덤 태양광 기술은 미래 발전의 길을 열어줄 뿐만 – , 높은 전압 덕분에 물을 수소와 – 로 직접 분해하는 전기분해에도 이상적입니다. 따라서 이 기술은 에너지 저장 매체이자 에너지 전환의 중요한 구성 요소인 수소 생산에도 기여합니다.

 

 

III-V/Si 다중접합 태양전지의 층 구조, AM 1.5g 스펙트럼 조건에서의 양자 효율 및 IV 특성